Quel choix pour l’émission DATV ?

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1 Quel choix pour l’émission DATV ?
HamExpo Le mans 13 Octobre 2018 Par Jean-Pierre COURJAUD F6DZP

2 Quel choix pour un émetteur DATV bas débit performant pouvant coder en H264 et moduler du DVB-S2 QPSK sur 437 MHz et 1255 MHz pour attaquer mon ampli QRO Plusieurs problèmes à résoudre : Les sources vidéo/audio L’encodage H264 pour la vidéo L’encodage Mpeg audio ou AAC pour l’audio Le multiplexage et fabrication du TS (Transport Stream) Le modulateur L’amplification jusqu’à 1,25W avec des épaules largement >40dB

3 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz comparaison de 5 choix à base d’hybrides: RA07H4047M ( 7W, gain 34 dB) Minikit Australia RA30H4452M (30W, gain 46 dB) DG0VE MHW2723 (5W, gain 28dB) pcb F1DJO SC1016 ( 17W, gain 18dB) Minikit Australia RA13H4047 (13W, gain 34dB) Minikit Australia Ont été écartés les non linéaires comme M57721M ou M67729H et des hybrides douteux M57716 et M57745

4 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz 4 amplificateurs montés et ampli DG0VE

5 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz Montage de 4 amplificateurs

6 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz Ampli avec MHW2723 Ampli avec RA07H4047M

7 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz (émission DVB-S2 QPSK SR250 limeSDRmini) MHW2723 (1,1W) RA07H4047M(1W)

8 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz (émission DVB-S2 QPSK SR250 limeSDRmini) RA30H4452M (1,3W) RA13H4047M(1,2W)

9 Recherche de l’amplificateur Comparaison des résultats pour 4 hybrides
1,5W sur 437MHz Comparaison des résultats pour 4 hybrides (émission DVB-S2 QPSK SR250) CONCLUSIONS: MHW2723 Epaule droite plus basse et multiples épaules RA07H4047M Signal propre mais on ne dépasse pas 0,8W en gardant les 40 dB d’épaule RA30H4452M Signal propre mais on ne dépasse pas 1,5W en gardant les 40 dB d’épaule RA13H4047M Résultat idéal car à 1,2W on voit à peine le début d’épaules

10 Recherche de l’amplificateur
1,5W sur 437MHz Le gagnant avec son ventilo de tuning (tiouning?) hybride RA13H4047M et pcb Minikit Australia

11 Quel modulateur pour du DVB-S2?
comparaison de 5 solutions : Carte DATVexpress (300 euros – épuisée) Adalm-Pluto (90 euros) LimeSDR mini (150 euros) RaspberryPi + platine (filtrage numérique de IQ et modulation QPSK) (>100€) Carte DTA107-S2 + convertisseur 437Mhz (entre 100 et 500€ occasion Ebay+ 50€ le conv) Ont été écartés les modulateurs qui ne peuvent pas faire du bas débit en DVB-S2 ( SR500, SR333, SR250, SR125)

12 Quel modulateur pour du DVB-S2?
DATVexpress Adalm-Pluto LimeSDR mini

13 Quel modulateur pour du DVB-S2?
RaspberryPi avec carte de filtrage et modulation DTA107-S2 dans son mini PC Avec convertisseur 437MHz

14 Quel modulateur pour du DVB-S2?
Comparaison des modulations à SR250 DVB-S2: Les 3 premiers modulateurs modulent à partir du logiciel DATVexpress Transmitter(G4GUO), le RaspberryPi +platine à partir du logiciel RpiDATV(F5OEO) et la carte DTA107-S2 à partir de son logiciel interne (Dektec). DATVexpress PLUTO

15 Quel modulateur pour du DVB-S2?
Comparaison des modulations à SR250 DVB-S2 DTA107-S2 LimeSDRmini Rpi en DVBS car pas encore Finalisé en DVB-S2

16 Quel modulateur pour du DVB-S2?
Comparaison des réceptions SR250 DVB-S2 DATVexpress PLUTO LimeSDRmini DTA107-S2

17 Quel modulateur pour du DVB-S2?
Conclusions DATVexpress: Très bonnes performances en DVB-S2 SR250 PLUTO: performance bien diminuée en DVB-S2, liée au filtrage trop « raide » LimeSDR mini: Très bonnes performances en DVB-S2 SR250 Lime mini : ATTENTION : DANGER !! : le changement de niveau du curseur dans le soft entraine l’émission d’un « burst » à pleine puissance avant de revenir au niveau demandé, ceci est causé par une procédure de re étalonnage Si vous avez des amplificateurs en fonctionnement derrière, ils courent des risques ! le changement de niveau du curseur dans le soft entraine l’émission d’un « burst » à pleine puissance MEME SI vous êtes en mode PTT OFF, c’est-à-dire même si le Lime mini est supposé ne pas être en émission ! c’est encore plus dangereux ! Autre pb: Version LP11 du soft DATVexpress Transmitter => ne module pas toujours DTA107-S2: Bonnes performances en DVB-S2 SR250 RaspberryPi: Non testé en DVB-S2, interface en construction

18 Le Transport Stream (TS)
Notre modulateur va nous envoyer un flux de données numériques appelées Transport Stream (Flux Transport). La réception va dépendre énormément de la qualité du flux TS Malheureusement dans beaucoup de tests ou rapports sur des modulateurs DATV, on nous parle uniquement de la modulation, très rarement de la qualité du flux numérique qui est pourtant aussi important. Il ne sert à rien de recevoir un « beau » signal si le contenu est complétement dégradé: Image mal encodée, de très basse définition. Mauvais format d’image Vidéo qui saccade et qui gèle Vidéo qui met du temps à s’afficher Audio mauvaise ou non synchrone … Nous abordons ici cet aspect un peu plus complexe et surtout mal connu.

19 Le Transport Stream (TS)
Fabrication du flux transport PCR: Program Clock Reference 27MHz

20 Le Transport Stream (TS)
Fabrication du flux transport contenant un seul programme (DATV) Les sources numérisées et compressées donnent des flux élémentaires (ES) mis en paquets: les PES (Packetized Elementary Stream) Le multiplexeur va décomposer ces packets longs en packets de 188 octets, rajouter des packets d’information (PAT, PMT,…) Les packets vont contenir régulièrement des informations de synchronisation: PCR, PTS et DTS.

21 Observation du flux transport avec TS Packet viewer
Le Transport Stream (TS) Observation du flux transport avec TS Packet viewer Chaque type de paquet est repéré par son PID

22 Le Transport Stream (TS)
Les informations de synchronisation (TimeStamp) PCR : Programme Clock Reference : l’horloge de référence du programme. C’est avant tout l’élément essentiel pour un décodage correct d’ un TS. En DVB, les PCR doivent être indiqués au maximum toutes les 40ms et leur précision doit être inférieure à 0,5 µs (500 ns). C’est la base principale pour la synchronisation de tous les rendus vidéo et audio. DTS: Decode Time Stamp : indique à quel moment les données doivent être décodées, utile pour les images d’une structure IBP qui sont en désordre avant de les présenter. PTS: Presentation Time Stamp : indique à quel moment une image ou un son doit être présenté. Les PCR sont calculés par rapport à une horloge de 27 Mhz et sont codés en 2 valeurs : une sur 33bits : PCR_base (horloge 90kHz) et une de 9 bits : PCR_extension (horloge de 27MHz).Les PTS ou DTS sont calculés sur l’horloge 90 kHz et codés sur 33bits. Nous trouverons donc pour chaque programme, les PCR, les PTS audio, les DTS vidéo et les PTS vidéo.

23 Le Transport Stream (TS)
Les informations de synchronisation (TimeStamp) Les PTS et DTS sont dans les packets PES, les PCR sont dans les packets de PID indiqués par la PMT, il n’y en a qu’un pour un programme, en général ce sont les packets vidéo. Le PTS/DTS doit être toujours supérieurs au PCR pour laisser du temps au décodage (il peut y avoir 300ms ou plus), et pour que l’image (ou son) soit présentée après décodage sur un timing PCR arrivant plus tard. Le temps entre 2 informations PTS doit être inférieur à 700 ms. Il faut donc utiliser des outils d’analyse Dynamique Analyse de la distance PTS vidéo /PCR dans le TS fait par AVC2TS

24 Le Transport Stream (TS)
L’Horloge de Référence est donnée par les PCR Les PCR sont la base de tout. Ils doivent être envoyés dans un timing <40ms. Leur régularité doit être au maximum de 500 ns. Ici on observe un très bon timing. StreamExpert analyse des PCR du TS fait avec AVC2TS

25 Le Transport Stream (TS)
L’Horloge de Référence est donnée par les PCR Les PCR sont la base de tout. Ils doivent être envoyés dans un timing <40ms. Leur régularité doit être au maximum de 500 ns. Ici on observe un très bon timing. StreamExpert analyse des PCR du TS fait avec codec/mux MainConcept

26 Le Transport Stream (TS)
L’Horloge de Référence est donnée par les PCR Les PCR sont la base de tout. Ils doivent être envoyés dans un timing <40ms. Leur régularité doit être au maximum de 500 ns. Ici on observe un très mauvais timing! StreamExpert analyse des PCR du TS fait avec DATVexpress Transmitter

27 Le Transport Stream (TS)
Les informations de synchronisation PCR Rapport des erreurs d’après la norme DVB se fait suivant 3 priorités, Dans le groupe Priority2 on voit la détection des erreurs de PCR: PCR repetition : doit être < 40ms ici on a 137ms! PCR accuracy: 75,7ms de décalage = 75 700 000 ns alors que le maxi supporté est 500 ns ! Ceci est l’analyse d’un flux créé avec DATVexpress Transmitter V1.25LP11

28 Le Transport Stream (TS)
Les informations de synchronisation PTS et DTS Il est conseillé d’avoir des PTS ayant au moins 300ms d’avance sur les PCR Main Concept 1,2s avant AVC2TS 400 ms avant DATVexpress Transmitter 180 ms avant

29 Le Transport Stream (TS)
Lecture des informations de synchro dans les packets vidéo

30 Encodage H264 et multiplexage
Il peut être fait par logiciel, matériel ou l’association des 2. Logiciel Gratuit il y FFmpeg mais je n’ai pas vu de résultat satisfaisant =>(DATVexpress transmitter) Payants : les 3 filtres Directshow de Mainconcept. Outils puissants utilisés dans les applications professionnelles. Hybride : La solution AVC2TS, logiciel (F5OEO) tournant sur RaspberryPi, utilisant la puce d’encodage H264 intégrée, faisant aussi l’encodage AAC du son et le multiplexage pour nous donner un TS/IP au timing sans reproche. On récupère ce TS sur son PC et l’envoie dans le modulateur. =>(DAT107 ou DATVexpress transmit. Modifié) REM : il y a la possibilité aussi d’utiliser uniquement le Rpi avec le soft RpiDATV qui peut faire maintenant du DVB-S2. Reste à faire la carte filtrage+modulation. Hardware : Il existe des cartes d’acquisition et encodage H264. Bien vérifier l’option CBR, le débit minimum possible.

31 Encodage H264 et multiplexage
Cas des encodeurs H264 à entrée analogique, SDI ou HDMI et sortie TS/IP Ce serait l’idéal car ils fournissent directement un TS transmis en UDP Mais il faudrait en tester un maximum pour sélectionner celui qui nous va Les HDMI extender chinois (30 €): à tester La TBS2603 : fournit un TS sur IP encodage H264 et H265 >200€ Je l’utilise, l’encodage H264/H265 en bien en constant bit rate CBR mais il n’y a pas de null packet pour un lissage adéquat. Je fais une moulinette qui demux et remux (MC) et j’ai un TS utilisable. Les encoder/streamer de récupération comme l’Envivio 4caster. Marcel F1GE en a récupéré. Dommage, avec uniquement entrée SDI. Mais il existe des convertisseurs HDMI vers SDI pour 30 euros. Je vais tester, ça peut être top si c’est le bon firmware (3 choix) Les webcam /IP. Inutilisables directement (pas CBR)

32 Structure courante d’un codage H264 / AVC
L’encodage Mpeg2 ou H264 Structure courante d’un codage H264 / AVC Le GOP : Group of Picture (Groupe d’images) Images I : images complètes compressées type jpeg, jpeg2000, ondelette Image P : Prédites, construites par rapport à l’image I (en général 50% des images I) Image B : Bidirectionnelles, construites à partir des images I et P qui les entourent (15%)

33 Manipulation de la structure avant transmission
L’encodage Mpeg2 ou H264 Manipulation de la structure avant transmission

34 Répartition de la consommation pour chaque type d’ image
L’encodage Mpeg2 ou H264 Répartition de la consommation pour chaque type d’ image Images I : images complètes Image P : Prédites, construites par rapport à l’image I (en général 50% des images I) Image B : Bidirectionnelles, construites à partir des images I et P qui les entourent (15%) Ici on retrouve bien la répartition en consommation. (de plus il y a une constance car ici l’image est une mire fixe) (codage Mpeg2 Minimod SR2000)

35 Répartition de la consommation pour chaque type d’ image
L’encodage Mpeg2 ou H264 Répartition de la consommation pour chaque type d’ image Images I : images complètes Image P : Prédites, construites par rapport à l’image I (en général 50% des images I) Image B : Bidirectionnelles, construites à partir des images I et P qui les entourent (15%) Ici la répartition en consommation est complètement anormale. (codage DATVexpress Transmitter)

36 Respect de la définition et du format de l’ image
L’encodage Mpeg2 ou H264 Respect de la définition et du format de l’ image Dans l’entête des PES il y a la description du format de la vidéo, notamment le pixel aspect ratio (échantillons non carrés) et le Display aspect ratio (4 :3, 16 :9..) Ici on voit que, avec DATVexpress Transmitter, les infos sont mal mises en H264, ce qui fait que l’image sera déformée par le récepteur ( Minitioune ou VLC affichera une image 427x240 au lieu de 320x240)

37 Répartition de la consommation des différents PIDs
Le multiplexe dans le TS Répartition de la consommation des différents PIDs La PAT (Program Association Table) occupe 1% La PMT(Program Map Table) 1% La video H264 87% => 351kbps L’audio 9% => 35 kbps Les Null packet (bourrage) 2% Tout cela pour 400 kbps qui correspond à du SR250_78 en DVBS ou SR250_56 en DVBS2 Codage AVC2TS

38 Répartition de la consommation des différents PIDs
Le multiplexe dans le TS Répartition de la consommation des différents PIDs Le logiciel Tsreader peut vous monter en live la répartition des différents flux Ici 79% =318kbps pour la vidéo 10% pour l’audio 3,5% de null packets Tout cela pour 400 kbps qui correspond à du SR250_78 en DVBS ou SR250_56 en DVBS2 Codage Mainconcept

39 Répartition de la consommation des différents PIDs
Le multiplexe dans le TS Répartition de la consommation des différents PIDs Le logiciel Tsreader peut vous monter en live la répartition des différents flux Ici 31% =157kbps pour la vidéo 29% 148 kbps pour l’audio 31% de null packets Soit 158 kbps pour 400 kbps qui correspond à du SR250 (Codage DATVexpress Transmitter)

40 Répartition de la consommation des différents PIDs
Le multiplexe dans le TS Répartition de la consommation des différents PIDs Désastreux! 31% =157kbps pour la vidéo 29% = 148 kbps pour l’audio 31% = 158 kbps de null packets!! pour 400 kbps qui correspond à du SR250_78 en DVBS ou SR250_56 en DVBS2 (Codage DATVexpress Transmitter) C’est vraiment du gaspillage!! On devine une image très compressée avec peu de définition. On ne peut pas vraiment bien régler le choix du débit vidéo dans ce logiciel, juste avec le paramètre twiddle…

41 Choix des sources vidéo
Camera sortie analogique : PAL, Y/c, YUV Utiliser un encodeur H264 qui fait la capture à partir de ce type d’entrée et fait aussi l’encodage H264 en CBR. (attention aux choix de réglage disponibles:GOP …) Camera sortie numérique : DV, HDMI, SDI Il faut utiliser une interface fournissant cette entrée au PC ou Rpi. Si cette interface comporte aussi le chip de codage H264, pas de problème, sinon il faudra soit un encodeur logiciel ou matériel mais qui peut travailler en CBR. Caméra sur IP : on reçoit par réseau local (wifi ou Ethernet) le flux vidéo encodé.Ce type de caméra encode souvent en H264, mais très rarement directement utilisable car du VBR. Webcam Certaines webcam offrent un flux en H264 mais ce n’est pas utilisable car du VBR(variable bit rate) donc inutile. Le flux peut être fourni sous différents formats: Mjpeg, RGB, YUV, YUY2, …Ne pas utiliser le format Mjpeg qui est une compression et qui nécessitera une décompression. Les webcam peuvent être capricieuses, bien vérifier les définitions et le frame rate réel ainsi que le jitter. Se faire conseiller. Webcam virtuelle : utiliser des logiciels comme Vmix ou Vcam qui peuvent jouer des vidéo, redéfinir le format de votre webcam, incruster du texte etc…

42 Le rendu final est aussi important!
La latence à SR250: AVC2TS : 2 à 3 s Mainconcept : 2 à 3 s DATVexpress Transmitter : 11 s

43 DATVexpress Transmitter (Lime-mini, Pluto, DATVexpress)
En résumé Le meilleur bon mauvais Codage H264 Codec MainConcept (dégradé par C920) Rpi avec sa webcam excellente DATVexpress Transmitter (Lime-mini, Pluto, DATVexpress) Qualité du TS Mux MainConcept Dektec DTA107 Rpi AVC2TS Modulation DVB-S2 SR250 LimeSDR-mini DATVexpress DTA107-S2 Pluto RpiDATV + filtre et modulateur pas encore testé en DVB-S2: Une carte performante de filtrage et modulation reste à développer. Il y a bien la solution Portsdown du BATC mais il faudrait faire plus simple si on veut convaincre un public plus large. Côté modulation, le Pluto donne de meilleurs résultats en DVB-S. Il existe une version de DATVexpress Transmitter transformée par Evariste F5OEO pour avoir une entré UDP, ce qui permet de fabriquer le TS de façon externe et donc d’améliorer grandement l‘utilisation du Pluto ou la DATVexpress. (Pas compatible LimeSDR-mini)

44 Conclusion De façon assez abordable, nous avons plusieurs solutions côté modulateur. La partie la plus difficile est la fourniture d’un TS de qualité. Pour les DATVexpress, Pluto et LimeSDR mini, on peut utiliser la version modifiée (*) de DATVexpress Transmitter avec entrée UDP et Développer un logiciel qui utilise les outils Mainconcept (payant) Utiliser un Raspberry Pi (Pi Zero?) avec le logiciel AVC2TS Utiliser un encodeur/générateur de TS/IP Une solution complète peut aussi être envisagée avec RaspberryPi, il faut pour cela soit développer une carte de filtrage et modulation ou préférer le couple RaspberryPi + LimeSDR mini/Pluto avec les soft d’Evariste F5OEO. La solution avec la carte DTA107-S2 peut fonctionner avec entrée UDP et les méthodes a) b) ou c) mais aussi avec des logiciels qui gèrent directement la carte comme StreamXpress. (*) la modification n’est pas encore finalisée pour le LimeSDR mini

45 Merci de votre attention.